不同播期下甜高粱含糖量變化及其與氣象因子的關系

吉春容，鄒 陳，再吐尼古麗·庫爾班，葉 凱

（1.中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，中國氣象局樹木年輪理化研究重點開放實驗室,新疆維吾爾自治區樹木年輪生態重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830002；2.新疆農業科學院生物質能源研究所，新疆 烏魯木齊 830091）

甜高粱莖稈多汁，糖分含量高，是最具有發展前景的綠色能源作物之一[1-2]。作為重要的生物質能源作物，種植甜高粱的直接目標是獲得高的糖產量，了解甜高粱莖稈糖的產量形成過程及其調控途徑[3-4]對于甜高粱品種改良與高產栽培具有重要意義。

糖分是甜高粱莖稈中的重要組成部分，糖分的積累涉及甜高粱葉片光合性能、光合產物向根、莖和穗中的分配以及蔗糖在莖稈中的代謝等多個方面，品種[5]、礦質營養[6]、種植密度和栽培方式[7-9]等對其也存在顯著影響。研究表明[10]，播期延后會降低株高并減少莖稈鮮重，但糖錘度有所提高。也有不同結果[11]，春播與夏播株高總體差異不顯著，莖粗、莖節數、桿重和糖錘度的差異達到極顯著水平。早播可能使其幼苗生長勢減弱，從而造成后期植株生長緩慢[12-13]。甜高粱生產燃料酒精主要是通過固體或液體發酵將莖稈中的糖分轉化成燃料乙醇，因此，糖分是甜高粱作為生物質能源作物的物質基礎[14]。研究表明[15]，甜高粱糖分積累基本分成3個階段，即前期無積累階段—中后期積累快速增長階段—末期積累慢速增長階段。蔗糖是甜高粱莖稈中糖分的主要存在形式，其含量高于還原糖（主要指葡萄糖和果糖）；蔗糖含量從孕穗到蠟熟期呈增加趨勢，而還原糖含量則以開花期最高[16]。隨播期的推遲，各播期莖稈含糖量高峰出現的時間呈延后的趨勢。甜高粱含糖量的積累在籽粒成熟時達到高峰；作為生產酒精的原材料，甜高粱的最佳收獲時期在蠟熟期[17-18]。新疆存在開發甜高粱液體燃料的資源優勢[19]，針對瑪納斯地區獨特的氣候和土壤條件下[20]，不同播期對甜高粱糖分積累過程的影響進行了分析，旨在探明不同播期下甜高粱糖分積累規律的變化及其與氣象因子的關系，確定適宜播期及關鍵氣象影響因子，為生產上合理播種提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點

田間試驗于2011年3—10月在新疆農業科學院瑪納斯試驗站進行。

1.2 供試材料

供試品種為早熟“新高粱3 號”（標為XT-2）、早熟T601 等2個不同甜高粱品種。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計

試驗設5個不同播期處理，分別為2011年4月25日、4月30日、5月3日、5月8日、5月13日，采用隨機區組設計，重復3 次。小區面積25 m2，行長7 m，行距0.6 m，6 行區，密度為11.9 萬株/hm2。全生育期共灌水5 次，頭水在播種后15 d 進行，以后灌水分別在拔節期、抽穗期、開花期和灌漿期進行。總施肥量50 kg，其中氮肥25 kg，磷肥20 kg，鉀肥5 kg；磷肥、鉀肥全部作底肥一次施入，氮肥30%作基肥，70%作追肥；追肥分兩次施入，拔節期追60%，孕穗期追施40%。其他田間管理同一般大田。

1.3.2 測定指標與方法

分別在甜高粱不同生育時期（拔節期、孕穗期、開花期、灌漿期、成熟期），選擇晴朗無風天氣（北京時間9:30—12:00），在試驗區內，選擇長勢均勻、生長良好的植株進行整株采樣，去掉穗子和葉子，收獲秸稈，于節間處切割成20～30 cm 小段用于含糖量測定（在新疆農業科學院生物質能源研究所進行）。總糖、還原糖的測定采用直接滴定法[21]。T蔗糖含量按下式計算[22]。

瑪納斯農試站氣象因子資料采用瑪納斯氣象站數據，包括空氣溫度、濕度、風速、降水、氣壓等，不同播期下甜高粱糖分積累過程中（5—9月，月均值）氣象因子的變化見表1。

表1 不同播期甜高粱糖分積累過程中（5—9月，月均值）氣象因子的變化

1.4 統計分析方法 試驗數據利用Excel、SPASS 軟件進行作圖和統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同播期對甜高粱糖分特性的影響

2.1.1 不同播期下甜高粱莖稈總糖含量的變化

從各生育期莖稈總糖平均含量看，除5月3日播種早熟品種T601 的變化趨勢有所不同外，其他播期隨生育進程的推進，甜高粱莖稈總糖含量逐漸升高，成熟期最高。從圖1 可以看出，隨播期延后，“新高粱3 號”各播期莖稈總糖含量顯著降低，不同生育期均以4月25日播種時最高，平均含量為8.81%；其次是4月30日，5月13日播種時最低，平均含量為5.18%。方差分析結果表明，各品種不同播期之間莖稈總糖含量存在顯著差異（P<0.05）。播期對早熟品種T601 莖稈總糖含量的影響有所不同，隨播期延后，以5月8日播種時莖稈總糖含量較高，平均為6.82%；其次是4月25日，5月13日播種時最低，平均含量為5.90%。這說明“新高粱3 號”適宜早播，T601 適宜遲播。

圖1 不同播期甜高粱總糖含量變化

2.1.2 不同播期下甜高粱莖稈還原糖含量的變化

不同播期下甜高粱莖稈還原糖含量變化見圖2。各播期甜高粱莖稈還原糖含量的變化規律與總糖含量變化趨勢有所不同，多數播期開花期達到最大值，灌漿期后逐漸下降，至成熟期最低。方差分析結果表明，不同播期對甜高粱糖分積累存在顯著影響（P<0.05）。“新高粱3 號”，隨播期延后，莖稈還原糖含量以5月8日播種時最高，平均為3.52%；其次是5月3日，5月13日播種時最低。早熟T601，隨播期延后，莖稈還原糖含量以4月30日播種時最高，平均為1.79%；其次是4月25日，5月13日播種時最低。

2.1.3 不同播期下甜高粱莖稈蔗糖含量的變化

圖2 不同播期甜高粱還原糖含量變化

甜高粱莖稈中主要有3 種糖分——蔗糖、葡萄糖和果糖可以被直接利用或發酵產生酒精[18]。不同播期下甜高粱莖稈蔗糖含量的變化見表2。隨生育期進程的推進，甜高粱莖稈蔗糖含量逐漸升高，至成熟期達到最高值，拔節期蔗糖含量最低。“新高粱3號”，隨播期延后，各播期莖稈蔗糖含量顯著降低，以4月25日播種時最高，平均含量為3.79%；其次是4月30日，5月13日播種時最低，平均含量為0.81%；適宜早播。播期對早熟品種T601 莖稈蔗糖含量的影響有所不同，隨播期延后，以5月8日播種時莖稈蔗糖含量最高，平均為4.44%；其次是4月25日，5月13日播種時最低，平均含量為3.19%；適宜遲播。方差分析結果表明，各品種不同播期之間莖稈蔗糖含量存在顯著差異（P<0.05）。

表2 不同播期甜高粱莖稈蔗糖含量的差異/%

2.2 不同播期下甜高粱糖分積累與氣象因子的關系

相關分析結果表明，不同播期下不同品種甜高粱莖稈糖分含量與平均溫度、降水、日照時數和風速存在顯著相關（P<0.05），影響甜高粱糖分積累的主要氣象因子是氣溫、降水和日照時數。采用逐步回歸分析方法，進行篩選分析，分別建立含糖量氣象預測模式：

式中，T 表示含糖量，SD5-9表示5—9月平均日照時數，R5-9表示5—9月雨量合計，T5-9表示5—9月平均氣溫。從式中可以看出，5—9月的氣象條件對甜高粱莖稈含糖量變化存在顯著影響；5—9月充足的光照和適當的氣溫升高有利于生成光合產物，提高含糖量；降水過多不利于糖分積累。

3 結論

（1）隨生育期進程的推進，甜高粱各個生育時期莖稈總糖含量、蔗糖含量逐漸升高，成熟期最高。莖稈還原糖含量的變化規律有所不同，開花期達到最大值，灌漿期后逐漸下降，至成熟期最低。

（2）不同播期下甜高粱莖稈糖分含量綜合分析表明，當地主栽品種中，“新高粱3 號”適宜早播，以4月25日播種較為適宜；T601 適宜遲播，以5月8日播種較為適宜。

（3）氣溫、降水、日照時數和風速對不同播期甜高粱莖稈糖分積累存在顯著影響，可根據氣溫、降水和日照時數進行甜高粱含糖量氣象預測。

（4）品種、土壤、種植密度和栽培方式等對甜高粱糖分積累存在顯著影響。本研究結果表明，降水稍多會降低糖度；5—9月氣溫適當升高，日照時間適當增加，對糖分積累有利；合理的種植密度，保持田間通風良好，也有利于甜高粱糖分積累。

4 討論

莖稈是甜高粱糖分的主要儲藏器官。周鴻飛等[23]研究發現蔗糖含量自挑旗期或始穗期至蠟熟期逐漸升高，完熟期有所下降，蔗糖含量的這種變化與植株的光合作用、光合產物分配等有關。部分研究成果[24-25]與之基本一致，從孕穗到蠟熟期，蔗糖含量呈增加趨勢，生理成熟期略有下降，以蠟熟期最高；而還原糖（主要指葡萄糖和果糖）含量則以開花期最高。卞云龍等[17]也發現糖分含量先升高后降低，在蠟熟期達最高，從糖分含量考慮，蠟熟初期是甜高粱整株利用的最佳時期。本研究結果表明，從拔節期至成熟期，甜高粱莖稈總糖含量、蔗糖含量逐漸升高，成熟期最高；還原糖含量開花期達到最大值，灌漿期后逐漸下降，至成熟期最低。抽穗前植株主要為營養生長，莖稈含糖量最低；抽穗期植株代謝活動增強，光合作用效率較高[15]，除少量光合產物用于穗部發育外，大部分積累在莖稈中；在這一時期，莖節間停止伸長，莖稈糖開始快速積累，并在抽穗至抽穗后20d間增長最快[16，23]，隨著穗部籽粒形成并逐漸加快生長至成熟，糖分積累穩定增加。本研究中，將甜高粱乳熟期、蠟熟期和完熟期統稱為成熟期，糖分含量測定采樣均是在蠟熟期進行；綜合分析表明，蠟熟期為瑪納斯地區種植甜高粱莖稈利用的最佳時期；上述結論基于單年的試驗資料分析所得，還有待于多年試驗的進一步驗證。

[1]黎大爵.甜高粱可持續農業生態系統研究[J].中國農業科學，2002，35（8）：1021-1024.

[2]郭平銀，齊士軍，徐憲斌，等.能源植物甜高粱的研究利用現狀及展望[J].山東農業科學，2007，（3）：126-128.

[3]TEW T L,Cobill R M,Richard E P Jr.Evaluation of sweet sorghum and Sorghum×Sudangtass hybrids as feedstocks for ethaool production [J].Bio-energy Research，2008，1：147-152.

[4]鄒劍秋，宋仁體，盧慶善.新型綠色可再生能源作物--甜高粱及其育種策略[J].雜糧作物，2003，23（3）：134-135.

[5]葉凱，涂振東，再吐尼古麗·庫爾班，等.不同品種甜高粱秸稈在不同儲藏方式中形狀變化研究[J].新疆農業科學，2009，46（5）：946-951.

[6]叢文春，王培順，劉新穎.釀造甜高粱平衡施肥試驗研究[J].現代農業科技，2009，7：138-141.

[7]鄭慶福，李鳳山，楊恒山，等.種植密度對雜交甜高粱“甜格雷茲”生長、品質及產量的影響[J].草原與草坪，2005，（4）：61-65.

[8]王巖，黃瑞冬.種植密度對甜高粱生長發育、產量及含糖量的影響[J].作物雜志，2008，3：49-51.

[9]焦少杰，王黎明，姜艷喜，等.不同栽培密度對甜高粱產量和含糖量的影響[J].中國農學通報，2010，26（6）：115-118.

[10]張志鵬，朱凱，王艷秋，等.甜高粱不同播期對主要性狀影響的研究[J].遼寧農業科學，2005，3：69-70.

[11]張華文，秦嶺，王海蓮，等.春夏兩種播期甜高粱主要生物學性狀比較分析[J].山東農業科學，2009，9：11-13.

[12]鄭玉萍,張月華.秋冬氣候變化對烏魯木齊冬小麥播期的影響[J].沙漠與綠洲氣象，2008，2（2）：43-45.

[13]任泉，伍永學，于永波，等.新黑田五寸人參胡蘿卜先期抽薹研究與預防[J].沙漠與綠洲氣象，2009，3（6）：47-49.

[14]梅曉巖，劉榮厚.中國甜高粱莖稈制取乙醇的研究進展[J].中國農學通報，2010，26（5）：341-345.

[15]袁翠平，王永軍，吳秋平，等.甜高粱莖稈糖產量形成及其調控研究進展[J].中國農業科技導報，2008，10（3）：12-17.

[16]籍貴蘇，杜瑞恒，侯升林，等.甜高粱莖稈含糖量研究[J].華北農學報，2006，21（S2）：81-83.

[17]卞云龍，鄧德祥，徐向陽,，等.高粱莖稈中糖分含量的變化[J].雜糧作物，2004，24（5）：282-283.

[18]肖明松，楊家象.甜高粱莖稈固體發酵制取乙醇產業化示范工程[J].農業工程學報，2006，22（s1）：207-210.

[19]王亞靜，畢于運.新疆發展甜高粱液流燃料的可行性分析[J].華中農業大學學報（社會科學版），2008，5：24-28.

[20]盧新玉，謝國輝，李楊，等.瑪納斯河流域積雪變化特征及其與氣溫、降水的關系[J].沙漠與綠洲氣象，2010，4（2）：35-39.

[21]楊明，劉麗娟，李莉云，等.甜高粱蔗糖合酶表達與蔗糖積累的相關分析[J].作物學報，2009，35（1）：185-189.

[22]張意靜.食品分析技術[M].北京：中國輕工業出版社，2001，138-151.

[23]周鴻飛，陳志斌，關欣.甜高粱糖分積累動態、生物量積累的數學模型[J].遼寧農業科學，2001，6：16-18.

[24]Tarpley L，Lingle S E,Victor D M，et a1.Enzymatic control of nonstructural carbohydrate concentrations in stems and panicles of sorghum [J].Crop Science，1994，34：446-452.

[25]劉曉輝，朱凱，高士杰.不同類型甜高粱含糖量的分析[J].雜糧作物，2007，27（5）：350-351.